JPH09305049A - 定着ローラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空円筒状の金属基体の内壁に発熱抵抗層を
形成すると共に、該抵抗層の端部に給電用の電極を形成
した直接加熱方式の定着ローラにおける電極の耐久性の
向上を図りながら、製造工程を簡略化することを可能と
した定着ローラ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 中空円筒物１１の内面に抵抗体層１３を
形成し、該抵抗体層への通電により該抵抗体層を発熱さ
せることにより該中空円筒物を加熱し、発熱した中空円
筒物の表面と接する転写紙上のトナ−を溶融させる定着
ロ−ラ１において、該抵抗体層への通電電極１４とし
て、該中空円筒物の軸方向両端部内面に細幅テ−プ状又
は線状の導電体を螺旋状に巻き回した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式プロセ
スを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画
像形成装置の定着装置に用いられる定着ローラ及びその
製造方法に関し、特に中空円筒状の基体の内壁に発熱層
を形成した直接加熱方式の定着ローラにおける電極の耐
久性の向上を図りながら、製造工程を簡略化することを
可能とした定着ローラ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式プロセスを用いた画像形成装
置にあっては、感光体上に形成されたトナー像を転写紙
上に転写したあとで、この転写紙を定着装置内に搬送し
て加熱しながら加圧することにより、トナーを溶融して
転写紙の紙繊維内にしみ込ませて固定する定着作業を行
う。この定着装置内には、定着ローラ（加熱ローラ）と
加圧ローラが互いの外周面をニップさせた状態で配置さ
れており、このニップ部を通過する転写紙上のトナーに
熱を加えながら加圧することにより定着を行う。定着ロ
ーラとしては、中空円筒体から成る金属基体の内部にハ
ロゲンヒータ等の発熱手段を配置して基体を加熱する方
式が一般的である。ところで、近年の省エネルギー、環
境規制、環境保護意識の高まりから、各種電子写真装置
においては、不使用時の定着ヒ−タ−オフ、および使用
時の昇温時間の短縮が求められている。しかし、従来の
金属基体内部からハロゲンヒ−タで加熱する方式では、
昇温時間に長い時間（１５〜３０秒）を要するハロゲン
ヒータの特性に起因して、この要求を満たすことが困難
である。このような欠点を解決する手段の一つとして、
発熱層を有する直接加熱方式の定着ロ−ラが提案されて
いる。このタイプの定着ローラにあっては、表面に離型
層を形成したアルミパイプ等の中空円筒物（金属基体）
の内周面に炭素繊維等の抵抗体層を形成し、該抵抗体層
に電流を供給することにより抵抗体層を発熱させて中空
円筒物を昇温せしめ、発熱した定着ローラと加圧ロ−ラ
との間でトナ−の転写された転写紙を加熱加圧すること
により、トナ−を溶融・定着している。上記の直接加熱
方式の定着ローラによれば、ハロゲンヒ−タを用いた加
熱に要する立上り時間（１５〜３０秒）に比べて、１０
秒弱と、昇温時間の短縮が可能になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記直接加
熱式の定着ロ−ラは、回転する中空円筒物の内面に発熱
抵抗体層を被覆形成した構成を有しているが、この発熱
抵抗体層に対して外部の電極端子から給電するために
は、発熱抵抗体層の軸方向両端部に給電用の電極を配置
する必要がある。定着ロ−ラは回転しながら発熱するた
め、外部電極端子と定着ロ−ラ側の電極は摺動しながら
電気的な接触を保つ必要があり、該電極を例えば導電性
インクの印刷により形成した場合には、外部電極端子と
の間の摺動によって導電性インクから成る電極が摩耗
し、最終的には導通不良に至る。すなわち、定着ロ−ラ
としての寿命が短くなるという問題点がある。また、中
空円筒物の内面に抵抗体層を形成した後で、給電用の電
極を印刷すると、製造工程の複雑化の原因になる。この
ような、電極の摩耗という問題を回避するために、導電
金属リングを中空円筒物の両端から内部に圧入し、これ
を給電用の電極として使用するという方法がある。この
方法であれば、外部電極との摺動による摩耗はほとんど
なくなり、電極部ばかりか、定着ロ−ラ全体としても寿
命向上を図ることができるが、金属リングは比較的熱容
量が大きいため、熱損失により金属リング周辺の温度が
低下し、定着ロ−ラ長手方向の温度分布が一定でなくな
るため、定着ムラ等の不具合が発生している。特に、近
年は昇温時間の短縮を目指して、中空円筒物の低熱容量
化が進められているため、電極部の熱容量を大きくする
金属リングの使用は、合目的な選択とは言いがたい。

【０００４】これらの問題点を解決するために、本出願
人は幅広のテ−プ状の導電体を中空円筒物の軸方向端部
内面に貼り付けて給電用電極とすることで、低熱容量な
電極を容易に得る技術を開発した（未公知）。この方法
では幅広テープ状の導電体を中空円筒物の内面に対して
周方向に沿って貼り付け、且つ両端部をオーバーラップ
させる様にしている。しかし、この方法により得られた
定着ローラの給電部は、比較的低速な電子写真装置にお
いてはさほど支障がなく有効であるが、高速な装置にあ
ってはテ−プ状の導電体の継ぎ目・段差が周方向に必ず
生じるため、この継ぎ目、段差に起因して摺動電極の摩
耗、ノイズの発生が生じ易くなり、長期の信頼性に欠け
るという欠点がある。また、上記従来の直接加熱式の定
着ローラにあっては、給電部における摺動性を確保する
ために、外部電極端子としてカ−ボンブラシを用いるこ
とが一般的である。これは金属−金属などの組み合わせ
では各電極間の摺動性が不十分となるばかりか、摩耗・
異音の発生などにより、安定した給電ができないという
不具合がある為、このような不具合を解消する方法とし
てカーボンブラシを用いている。しかし、カ−ボンブラ
シからなる外部電極端子側にあっては、カ−ボンブラシ
を定着ローラの電極に押し当てるためのバネ材を脆弱な
カーボンブラシに接合するという複雑困難な構成を採用
する必要があるばかりか、カーボンブラシの耐熱性を確
保しつつ電気接続性を高めるという２つの要求を両立さ
せる必要があり、この点の改善が求められていた。

【０００５】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、中空円筒状の金属基体の内壁に発熱抵抗層を形成す
ると共に、該抵抗層の端部に給電用の電極を形成した直
接加熱方式の定着ローラにおける電極の耐久性の向上を
図りながら、製造工程を簡略化することを可能とした定
着ローラ及びその製造方法を提供することを目的として
いる。また、本発明は電極部での継ぎ目、段差を実質的
になくして、外部電極端子との間の摺動による摩耗を少
なくして寿命を長期化し、更に継ぎ目等の存在に起因し
たノイズの発生を抑えられる信頼性の高い定着ロ−ラの
構造と、外部電極端子として構成が複雑となるカ−ボン
ブラシを必ずしも必要としない摺動性の高い電極構造を
備えた定着ローラを提供することを目的としている。ま
た、上記電極構造を有する定着ロ−ラの製造工程が簡略
化できる方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する為、請
求項１の発明は、中空円筒物の内面に抵抗体層を形成
し、該抵抗体層への通電により該抵抗体層を発熱させる
ことにより該中空円筒物を加熱し、発熱した中空円筒物
の表面と接する転写紙上のトナ−を溶融させる定着ロ−
ラにおいて、該抵抗体層への通電電極として、該中空円
筒物の軸方向両端部内面に細幅テ−プ状又は線状の導電
体を螺旋状に巻き回したことを特徴とする。請求項２の
発明は、発熱体転写用構造物の外周面に細幅テ−プ状お
よび線状の導電体を仮貼り付けする工程と、該導電体を
仮貼り付けした発熱体転写用構造物の外周面上にシ−ト
状もしくは繊維集合体から成る抵抗体層を仮貼り付けす
る工程と、該発熱体転写用構造物を中空円筒物内に挿入
する工程と、該発熱体転写用構造物の外周面に仮貼り付
けされた導電体と抵抗体層を該中空円筒物の内面に一括
して転写・貼り付け工程とから成ることを特徴とする。
請求項３の発明は、上記テ−プ状および線状の導電体
が、炭素繊維を含むことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１(a) 及び(b) は請求項１に対応する定着ロ−ラ（加
熱ローラ）の構成を示す正面図及び側部縦断面図であ
る。この定着ローラ１は、中空円筒物（金属基体）１１
と、中空円筒物１１の内面のほぼ全面に絶縁層１２を介
して形成した抵抗体層（発熱抵抗体）１３と、該中空円
筒物１１の内面の軸方向両端部の該抵抗体層１３の内面
上に螺旋状に貼り付けた例えば幅１０μｍ〜５ｍｍのテ
−プ状或は線状の導電体（給電電極）１４とを有する。
テ−プ状或は線状の導電体１４は、定着装置適所に設け
た外部電極端子２と電気的、機械的に接触している。こ
の接触部は、摺動接触部である。図示しない電源と接続
された外部電極端子２から導電体１４を介して抵抗体層
１３に電流が供給され、抵抗体層１３が発熱することに
より、中空円筒物１１が加熱される。中空円筒物１１は
通紙方向に回転するので、外部電極端子２と導電体１４
は摺動しながら、電流の供給を行う。テ−プ状或は線状
の導電体１４の肉厚は数μｍ〜数十μｍ程度と薄く、中
空円筒物１１の肉厚＜数百μｍ〜１ｍｍ以上＞に比べ遥
かに熱容量が小さいので、導電体１４による熱損失はほ
とんど無視できる程度であり、定着ロ−ラ１の長手方向
の中間部と両端部との間で、温度差がほとんどない定着
ロ−ラ１を得ることができ、均一な定着性を確保するこ
とができる。

【０００８】また、テ−プ状或は線状の導電体１４は、
導電インクの印刷により形成した給電電極に比べて、外
部電極端子２との摺動による摩耗がほとんどないので、
電極の損耗に起因した定着ローラの寿命到来がなくな
り、定着ロ−ラ１としての寿命が向上する。さらに、上
記従来例の説明中において言及した本出願人の提案に係
る定着ローラにあっては、幅広のテープ状の導電体を中
空円筒物の内面の導電体の両端部に貼り付けることによ
り給電電極を形成したが、この形態例では、細幅のテ−
プ状或は線状の導電体１４を隙間無く螺旋状に巻付ける
ことにより所定幅の給電電極を形成しているので、上記
提案の給電電極に存するような継ぎ目・段差が実質的に
なくなるため、安定した電力供給が長期にわたって可能
となる。テ−プ状或は線状の導電体１４としては、摺動
電極として求められる条件である導電性、耐熱性および
摺動性の各点から、各種金属、金属化合物が使用可能で
あり、具体的には銀入りの銅などの合金が適している。
炭素繊維や炭素シ−トなども同様に適用可能である。

【０００９】次に、図２に基づいて請求項２に対応する
定着ロ−ラの製造方法について述べる。この製造方法
は、発熱体転写用構造物の外周面にテ−プ状および線状
の導電体を仮貼り付けする第１の工程と、該導電体を仮
貼り付けした発熱体転写用構造物の外周面上にシ−ト状
もしくは繊維集合体から成る抵抗体層を仮貼り付けする
第２の工程と、該発熱体転写用構造物を中空円筒物内に
挿入する第３の工程と、該発熱体転写用構造物の外周面
に仮貼り付けされた導電体と抵抗体層を該中空円筒物の
内面に一括して転写・貼り付ける第４の工程とから構成
される。

【００１０】以下にこの製造方法を詳述すると、まず第
１の工程では、中空円筒物１１の内面形状に整合する寸
法及び形状を有した円筒状の発熱体転写用構造物３を用
意し、この転写用構造物３の軸方向両端部外周面に細幅
テ−プ状或は線状の導電体１４を隙間無く螺旋状に仮貼
り付けして所定の軸方向幅の給電電極１４Ａを形成する
（図２(a) (b) ）。第２の工程では、この給電電極１４
Ａを含む構造物３の外周面全体にシ−ト状もしくは繊維
集合体から成る発熱抵抗体層１３を仮貼り付けする（被
覆する）（図２(c) ）。絶縁層１２は発熱抵抗体層１３
の表面に予め一体化しておいてもよいし、後から被覆し
てもよい。

【００１１】第３の工程では、導電体１４と抵抗体層１
３を外周面に仮貼り付けした転写用構造物３を、中空円
筒物内１１の中空内部に挿入する（図２(d) ）。第４の
工程（転写・貼り付け工程）では、導電体１４と抵抗体
層１３を、中空円筒物１１内面に一括して転写・貼り付
けする。なお、上記の様に抵抗体層１３と中空円筒物１
１内面との間には、必要に応じて（中空円筒物が導電体
の場合のみ）絶縁層１２を配置する。第５の工程では、
転写用構造物３を中空円筒物１１から引き抜く。以上の
各工程を実施することにより、請求項１に記載の構成を
有した定着ロ−ラ１を得ることができる（図２(e) ）。
本製造方法によれば、テ−プ状或は線状の導電体１４と
シ−ト状もしくは繊維集合体から成る抵抗体層１３を中
空円筒物１１の内面に貼り付けた後に電極を形成する従
来方法、例えば、後から電極リングを挿入する、後から
テ−プ状電極を貼り付ける、後から電極を印刷形成する
等の従来方法に比べ、工程を簡略化することが可能とな
る。

【００１２】次に、請求項３に記載の定着ロ−ラは、テ
−プ状および線状の導電体が、炭素繊維を含む点が特徴
的である。テ−プ状或は線状の導電体１４を構成する炭
素繊維としては、炭素繊維単独であってもよいし、導電
性の樹脂などで炭素繊維を固着一体化したものであって
もよい。つまり、外部電極端子２との摺動面に摺動性と
導電性に優れた炭素繊維が当初から露出しているか、露
出させることが容易であることが重要である。これによ
り、相手部材の外部電極端子２としてカ−ボンブラシを
用いなくても、耐久性に優れた各種金属（例えば、銀入
りの銅やリン青銅）部材を用いることが可能となり、容
易に安定した電力供給が長期にわたって可能となる。な
お、カ−ボンブラシを用いることも可能であり、カーボ
ンブラシを用いれば、摺動性に優れた部材同士の摺動と
なるので、最も安定した電力供給が長期にわたって可能
となる。

【００１３】

【実施例１】次に、本発明の形態例を具体化した実施例
について説明する。まず、第１の実施例では、図３に示
す様に中空円筒物１１としてアルミパイプ１１ａを用
い、抵抗体層１３としては熱硬化性樹脂（熱可塑性樹脂
でも良い）中に炭素繊維を配列したプリプレグ１３ａを
用い、電極となるテ−プ状或は線状の導電体１４として
は銅テ−プ１４ａを用いる。ここで、図示していない
が、アルミパイプ表面にはあらかじめ離型層が形成され
ている。ここで、アルミパイプ１１ａは導電性であるた
め、抵抗体層１３との絶縁を保つために、本実施例では
アルミパイプ１１ａとプリプレグ１３ａの間に絶縁層１
２ａを設けるが、中空円筒物１１が絶縁物であれば、絶
縁層１２を設ける必要はない。

【００１４】次に、上記構造の定着ローラの製造方法を
図４に基づいて説明する。まず、アルミパイプ１１ａの
内径よりも若干細い外径を有するマンドレル３ａを準備
する。ここで、該マンドレル３ａとしてはアルミよりも
熱膨張率の高い材料であり、かつ、抵抗体層１３を構成
するプリプレグ１３ａとの離型性の良い材料を用いるこ
とが望ましい。第１の工程では、マンドレル３ａの軸方
向両端外面（アルミパイプ１１ａの軸方向両端内面に相
当する位置）に銅テ−プ１４ａを隙間無く螺旋状に巻き
付け、仮貼り付けする（給電電極１４Ａの形成）（図４
(a) (b) ）。第２の工程では、第１の工程で製造された
物の外周面上に抵抗体層１３となるプリプレグ１３ａを
巻き付ける（図４(c) ）。第３の工程では、図２の工程
で得られた物の外周面全体に絶縁層１２となるシ−ト１
２ａを巻き付ける（図４(d) ）。ここで、本実施例で
は、絶縁層１２ａをシ−ト状にして銅テ−プ１４ａやプ
リプレグ１３ａと一緒にマンドレル３に巻き付けている
が、あらかじめアルミパイプ１１ａの内面全体に絶縁層
を形成しておいても良い。また、絶縁層のシ−ト１２ａ
としては、抵抗体層用のプリプレグ１３ａと同一材質の
熱硬化性樹脂を使うことが望ましい。

【００１５】第４の工程では、先行する各工程に於て外
周面に銅テープ１４ａ，抵抗体層１３、絶縁層１２ａを
順次仮止めしたこのマンドレル３ａを中空円筒状のアル
ミパイプ１１ａの内部に軸端部から挿入する（図５(e)
）。第５の工程では、アルミパイプ１１ａ内に上記マ
ンドレル３ａを挿入した状態で、アルミパイプ１１ａと
マンドレル３ａを加熱する（図５(f) ）。これにより、
マンドレル３ａは矢印で示す様に外径方向に向けて、ア
ルミパイプ１１ａの内径以上に熱膨張するので、マンド
レル３ａに巻き付けた絶縁層シ−ト１２ａ、プリプレグ
１３ａ、銅テ−プ１４ａはアルミパイプ１１ａの内面に
密着する。これを正確に言えば、絶縁シート１２ａがア
ルミパイプ１１ａの内面に密着すると同時に、プリプレ
イグ１３ａが銅テープ１４ａに、銅テープ１４ａが絶縁
シート１２ａに密着一体化する。つまり、この加熱によ
って絶縁層シ−ト１２ａとプリプレグ１３ａを構成する
熱硬化性樹脂が接着剤として機能し、絶縁シ−ト１２
ａ、プリプレグ１３ａ、銅テ−プ１４をアルミパイプ１
１ａの内面に接着貼り付けすることができる。

【００１６】第６の工程では、絶縁層シ−ト１２ａとプ
リプレグ１３ａを構成する熱硬化性樹脂の硬化条件以上
の加熱を行った後に、アルミパイプ１１ａとマンドレル
３ａを冷却する。冷却によりマンドレル３ａは収縮し、
しかもマンドレル３ａは離型性がよいので、絶縁層１２
ａ、プリプレグ１３ａ、銅テ−プ１４ａはアルミパイプ
１１ａ内面に貼り付けられたままで保持される。第７の
工程では、図５(g) のようにマンドレル３ａをアルミパ
イプ１１ａから引き抜くことにより、図６(h) に示した
定着ロ−ラ１ａを得ることができる。このように本製造
方法によれば、銅テ−プ１４ａ、プリプレグ１３ａ、絶
縁層１２ａを、同時にアルミパイプ１１ａ内面に貼り付
けることができるので、個別に貼り付け作業を行う方法
に比べ、大幅に工数を短縮できる。

【００１７】

【実施例２】第２の実施例では、実施例１において用い
た給電電極１４Ａを構成するテ−プ状或は線状の導電体
１４として、銅テ−プ１４ａにかわって、炭素繊維を用
いた。

【００１８】

【実施例３】第３の実施例では、実施例１において用い
たテ−プ状或は線状の導電体１４として、銅テ−プ１４
ａにかわって、炭素繊維を導電性樹脂で一体化したもの
を用いる。上記いずれの実施例ともに外部電極端子２と
してカ−ボンブラシを採用して給電を行い、定着ロ−ラ
を回転させて信頼性の確認を行った。その結果、いずれ
も安定した電力供給が可能であり、特に実施例２、３に
より得られた定着ローラは長期に渡って安定して給電を
行うことが可能であった。また、外部電極端子２として
各種金属を用いた場合、実施例１では金属同士の摺動に
より異音が発生し、摩耗も顕著であった。実施例２、３
では炭素繊維を用いた為、そのような不具合はなく、安
定した電力供給が可能であった。

【００１９】

【発明の効果】請求項１に記載の定着ロ−ラによれば、
通電電極としてテ−プ状或は線状の導電体を螺旋状に配
置したものを用いたので、電極部の周方向の継ぎ目・段
差がなく、摺動による摩耗が少なく（寿命が長く）な
り、ノイズの発生を抑えられる信頼性の高い定着ロ−ラ
が得られる。請求項２に記載の定着ロ−ラの製造方法に
よれば、シ−ト状もしくは繊維集合体から成る抵抗体層
と電極を中空円筒物内面に同時に一括して貼り付けるこ
とができるので、電極部の周方向の継ぎ目・段差がなく
なり、摺動による摩耗が少なく（寿命が長く）なり、ノ
イズの発生を抑えられる信頼性の高い定着ロ−ラの製造
工程を簡略化できる。請求項３に記載の定着ロ−ラ構造
であれば、テ−プ状或は線状の導電体が炭素繊維を含ん
でおり、摺動性があるため、摺動による摩耗が少なく
（寿命が長く）、ノイズの発生を抑えられる信頼性の高
い定着ロ−ラであり、相手部材の外部電極端子として必
ずしも構成が複雑となるカ−ボンブラシを必要としない
摺動性の高い電極の構造を得ることができる。また相手
部材の外部電極としてカ−ボンブラシを用いると、特に
信頼性の高い構造を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の定着ロ−ラの構造図であり、
(a) は正面端面図、(b) は側部縦断面図である。

【図２】(a) 乃至(e) は請求項２に記載の定着ロ−ラの
製造方法を示す図。

【図３】(a) 及び(b) は本発明の一実施例の定着ロ−ラ
構造を示す正面図及び側部縦断面図。

【図４】(a) 乃至(d) は本発明の実施例の定着ロ−ラの
製造工程図。

【図５】(e) 乃至(g) は本発明の実施例の定着ロ−ラの
製造工程図。

【図６】(h) は本発明の実施例の定着ロ−ラの製造工程
図。

【符号の説明】

１・・・ 定着ロ−ラ、２・・・ 外部電極端子、３・・・ シ−ト
転写用構造物、３ａ・・・マンドレル、１１・・・ 中空円筒
物、１１ａ・・・ アルミパイプ、１２ａ・・・ 絶縁層、１３
・・・ 抵抗体層、１３ａ・・・ プリプレグ、１４・・・ テ−プ
状導電金属、１４ａ・・・ 銅テ−プ、１４Ａ・・・給電電
極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒物の内面に抵抗体層を形成し、
   該抵抗体層への通電により該抵抗体層を発熱させること
   により該中空円筒物を加熱し、発熱した中空円筒物の表
   面と接する転写紙上のトナ−を溶融させる定着ロ−ラに
   おいて、 該抵抗体層への通電電極として、該中空円筒物の軸方向
   両端部内面に細幅テ−プ状又は線状の導電体を螺旋状に
   巻き回したものを用いたことを特徴とする定着ロ−ラ。
2. 【請求項２】 円筒状の発熱体転写用構造物の外周面に
   細幅テ−プ状および線状の導電体を仮貼り付けする工程
   と、該導電体を仮貼り付けした発熱体転写用構造物の外
   周面上にシ−ト状もしくは繊維集合体から成る抵抗体層
   を仮貼り付けする工程と、該発熱体転写用構造物を中空
   円筒物内に挿入する工程と、該発熱体転写用構造物の外
   周面に仮貼り付けされた導電体と抵抗体層を該中空円筒
   物の内面に一括して転写・貼り付け工程とから成ること
   を特徴とする定着ロ−ラの製造方法。
3. 【請求項３】 上記テ−プ状および線状の導電体が、炭
   素繊維を含むことを特徴とする請求項１記載の定着ロ−
   ラ。